Seminário prática, logística, gerenciamento e estratégias...

Seminário prática, logística, gerenciamento e estratégias para o sucesso da conversão da matéria lenhosa em carvão vegetal para uso na metalurgia e indústria

Belo horizonte, MG27 e 28 de novembro de 2006

Dr Patrick RoussetCirad/Ibama

P.Rousset - Seminário Carvão Vegetal – Belo horizonte (27-28/11/2006) 1

O CiradCentro de Cooperaçãointernacionalem pesquisa agronômicapara o desenvolvimento


Um organismofrancêsde pesquisaa serviçodos paísesdo Sul


Uma cooperaçãofundamentada numa rede mundial

Pesquisadores lotados a longo prazo

Cooperação regular na forma de missões



• Ate década 50 :• Xiloquímica:acide acética, etanol, metanol, acetona.

• Década 70 : crise do petróleo• Nascimento do laboratório de biomassa energia• envolvimento das companhias petroleiras na pesquisa:

biomassa• Diminuição do custo do petróleo:

• Parada das pesquisas dos grandes grupos : Cirad continuou as pesquisas para os paises do sul

• Ao contrário do que aconteceu nos países industrializados, no Brasil, o uso industrial do carvão vegetal continua sendo largamente praticado.

• Hoje • Novas pesquisas desenvolvidas pelas companhias petroleiras

com o apoio do laboratório.

Unidade de pesquisa UPR 42

Objetivos:

• Melhoramento e desenvolvimento dos processos energéticos mais eficientes (energia/meio ambiente) em função de cada contexto e matérias primas.

• Avaliação de recursos energéticas

O laboratório hoje: ...Com uma experiência forte no terreno dos processos de pirólise artesanal e industrial desde mais de 30 anos na África, Ásia e Europa.

• 10 pesquisadores (1 África e 1 Brasil)• 3 técnicos • 3 pós-doutorados • 4 doutorados

Unidade de pesquisa UPR42


Unidade de pesquisa : UPR42

Gaseificador piloto

Reator de Pirólise vibrante e fluidizado

Reator de torrefação

Reator de combustão



Gaseificador

Reator de Pirólise

Gaseificação separada



Reator de crakingtérmico

Reator de Pirólise sob pressão

Laboratórios de análises


Estado da arte das tecnologias da carbonização desenvolvidas na Europa.


I Combustão parcial• Generalidades• As tecnologias artesanais• As tecnologias industriais

II Aquecimento externo• As tecnologias industriais

III Contato dos gases quente• As tecnologias industriais

IV P&D

O carvão vegetal (CV), um produto do passado?

França (→1995) Brasil (→Hoje?)P.Rousset - Seminário Carvão Vegetal – Belo horizonte (27-28/11/2006) 11

O carvão vegetal (CV), um produto do passado?

França (1995), → poluição Brasil (Carmo do Cajuru, MG,2006) →desmatamento


Legislação ambiental na França:1993

2000

1990


80

50

30

<20

Numero de carvoarias

Legislação ambiental e trabalhista no Brasil

?

?

??


Contexto europeu e brasileiro bem diferente


Consumo na França : residencial60 000 toneladas/ ano

Consumo na Europa 300 000 t/ ano

Consumo no Brasil :10.000.000 t/ano(800.000 t/ano = residencial)

Resíduas Plantações

I - Combustão parcial: generalidades

• Processo mais antigo• Maioria dos processos artesanais e semi-industriais• Vários tipos de fornos classificados em função do

modo de tiragem e das características de fabricação :

» Valas (pouca evolução)» Medas (pouca evolução)» Fornos metálicos


I - Combustão parcial: generalidades

Princípio : Calor necessário à transformação da lenha em carvão é

obtido pela queima de parte da lenha colocada no forno

1-vaporização da água2-radiação3- calor da carbonização4-gás+alcatrão5-carvão

Balanço energético de uma combustão parcial


As tecnologias artesanais : Fornos metálicos

• Desenvolvidos na França entre as duas guerras mundiais• fabricação simples, fácil e local• transportável = detenção pequena = 5 ate 12 m3

• Ciclo mais curto que outras tecnologias• Condução fácil• Rendimento : 20 – 28 % bs• Duas tiragem possíveis• Madeira de diâmetro < 30 cm• Vida útil depende do acero usado



• Tiragem invertida• Vol : 4 – 12 m3

• Duração: 10-15h, 20-24h• Resfriamento: 12-24h• Rendt. : 27% bs

Forno de tipo Magnein (fonte Cirad)



• Dupla parede com água:• Diminu.deformação• Recuperação das calorias• Resfriamento mais rápido:12-14h. diminuição das perdas térmicas por radiaçãoCarb.:22-24hRend. : 27% bs

Forno de tipo Bataillon (fonte Cirad)



Forno telescópico circular tipo Bonnechaux (fonte Cirad)


As tecnologias industriais : Fornos metálicos

Hoje : Fornos metálicos industriais:

• Capacidade de produção : 2000t ate 5000t/ano• Descarregamento fácil• Recuperação e incineração dos gases• Utilização do calor para eletricidade ou secagem• Alcatrão para a química• Vida útil : 20 anos até mais• Possibilidade de apoio com informática• Custo para uma usina completa : 500 000 euros


Fornos em movimento


Coletor incinerador

Vela para o descarregamento

descarregamento

movimento

Fornos fixes: carbonização CML

Madeira:• 15.000 T•Umidade < 20%

• Modulo padrão : 12 fornos• Volume total : 200 m3

• Ciclo de carbonização : 24 h

Carvão: CF > 80%(3.000 T)

Fines(300 t)

Gás de pirólise (3MW)

comercialização Valorização energética

Matéria primas

Processo

Produção(330 dias)

Utilização


Carbonização CML

Esquema da tecnologia (fonte CML)P.Rousset - Seminário Carvão Vegetal – Belo horizonte (27-28/11/2006) 25

Carbonização CML

Despoluição + bateria com 12 fornos / 2 módulos de produção (fonte Cirad)

Incinerador central


Carbonização CML

armazenamento

Madeira cortada

Preparação da madeira

Carregamento


Carbonização CML

Matéria prima

Carregamento

ignição


Carbonização CML

Combustão dos gases Núcleo do incinerador

Forno Coletor central Coletor gás de Pirólise do forno


Carbonização CML

Descarregamento e resfriamento

Corredor central entre duas linhas de fornos

Carvão quente


Carbonização CML

Projeto de P&D do Cirad: Monitoramento da carbonização


Carbonização CML

• Qualidade do carvão regular e conforme a norma AFNOR NFB55101.

• Respeito das normas européias ambientais (cf tabela seguinte)

• - Conforme lei de 02/02/1998, Art. 27,- tratamento eficiente das fumaças por incineração dos pirolenhosos e alcatrão

• Condições de trabalho simplificadas e facilitadas: mecanização.

• Instalação com módulos : 1 incinerador pode ser alimentado com 4 até 12 fornos

• Custo de manutenção baixo.• Custo de investimento baixo em relação com as outras

tecnologias• Gestão informática da produção• Valorização da energia: secagem ou eletricidade


Carbonização CML

Análises realizadas pelo Cirad com relação a lei ambiental, 2006

Lígnea AB Lígnea CD Valores limitas das emissões

Temperatura fumaças (°C)

678 552

velocidade (m/s)Flux Nm3/hFlux Nm3 sec /h

12.937743209

11.940293503

Partículas (mg/Nm3 sec)Flux (kg/h)

138

0.44

97

0.34

100

si < 1 kg/h

COT (mg de C/Nm3 sec)Flux (kg/h)

94.1

0.302

29.6

0.104

110

si > 2 kg/h

COT (mg de C/Nm3 sec) (Anexe III)Flux (kg/h)

7.3

0.02

0.0

0.0

20

si > 0.1 kg/h

CO (mg/Nm3 sec) 250 2000

NOx (mg/Nm3 sec) 27 49 500

Carbonização CML

TolueneStyreneNaphtaleneAcenaphtyleneAcenaphteneFluorenePhenanthreneAnthraceneFluoranthenePyrenePyridine (Annexe III)PicolineQuinoline


Acide acétiqueAcide butiriqueAcide propioniqueMethanolEthanolPhenol (Annexe III)Cresol (Annexe III)Acetaldehyde (Annexe III)GuaiacolIsoeugenolFurfural (Annexe III)Methyl furfuralAlcool furfuryliqueBenzene

Compostos orgânicos

Carbonização CML

Fase da carbonização

Sem incineração Com incineração

t equivalente CO2/t decarvão

3,6 3,0

CML : 2000 t/ano 7300 6050t

600 000 t/ano 2,2 Mt 1,9 Mt

Kg COV 418 0,3

CML : 2000 t/ano 960 0,6 t

600 000 t/ano (6%produção do Brasil)

494 000 t 198 t

Impacto ambiental da carbonização (Fonte:GBE, 2006)


Carbonização CML

1993

1997

1997

1999

1999

2000

2002

Realizações em funcionamento


Roteiro

I Combustão parcialGeneralidadesAs tecnologias artesanaisAs tecnologias industriais

II Aquecimento externo• As tecnologias industrias

III Contato dos gases quenteAs tecnologias industriais

IV P&D


II - Aquecimento externo

• Processo recente• Processos industriais• Tecnologia geralmente cara (> 750 000euros)• Carbonização “contínua” ou alternativa• Produção ate 6000t/ano

• VMR Carbofrance (França)• Processo holandês (França) • ACC (França)


VMR processo: Carbo France

Empresa CARBO FRANCE

• Segundo produtor de carvão na França com 10 000 t/ano

• Matéria prima : resíduos de serrarias e da indústria da madeira.

• Produção 7dias/7• 1994 : prêmio do meio ambiente e de tecnologias

limpas • Unidade de produção : 16 fornos.

• Processo sem poluição (líquido, gás, sólido)• Qualidade do carvão : NF-EN-1860-2

DIN 1749 (Alemanha)



• O VMR processo é constituído de duas retortas (R1 & R2) e uma câmara central para a combustão

• O primeiro cilindro é carregado com madeira antes de se colocar na retorta R1. cada cilindro tem aproximativamente 4,5M3.

• O R1 é aquecido com combustível, seja gás ou diesel. Depois que a Pirólise éiniciada, os gases são coletados e queimados na câmara para produzir calor para o segundo cilíndro.

• A injeção de gás ou diesel, é suspensa. • Ao final, R1 é tirado para fora para

resfriamento e um outro cilindro com madeira nova é reinstalado.

• VMR e um processo alternativo• O tempo total da carbonização: 8-12

horas

1 Modulo VMR



Armazenamento da madeira com

secagem ao ar livre Corte e limpeza da madeira antes da secagem artificial



Enchimento dos tanques

Frente : resfriamento

Fundo :Módulos de produção



Conector das fumaças da Pirólise

Câmara de combustão centralVentilador

Monitoramento

das temperaturas



Abertura antes resfriamento



Zona de resfriamento


Processo holandês

Vista da usina e das zonas de armazenagem da madeira


Processo holandês

Carregamento dos tanquesTanques prontos para carbonização

Descarregamento do tanque Tanque em carbonização

Fornos


Processo holandês

Manutenção e secagem da madeira

carregamento do tanque

Transporte ate a zona de secagem

secagem


Processo holandês

Rendimento volumétrico e qualidade do carvão


Processo ACC: (França)

Chamine

Ignição com gás natural

Esquema da tecnologia ACC ( Fonte: Cirad)


Coletores dos gases


Esquema de um forno de tipo continua: 7000t/ano (fonte guia da carbonização,1985)

Madeira verde

secadores

Câmara de précarbonização

Gases de Pirólise resfriamento

Câmara de pirólisecarvão

Câmara de resfriamento

caldeira

energia

12m3

45m

Tecnologia Carbolisi: (Italia)


Carbolisi: 7000t/ano (fonte bionett)

Tecnologia Carbolisi: (Italia)

Roteiro


II Aquecimento externoAs tecnologias industriais

III Contato dos gases quente• As tecnologias industriais

IV P&D


III Contato dos gases quente

• Processos industriais• Processo geralmente automatizado• Tecnologia cara (> 1500000euros Lambiotte)• Carbonização contínua• Produção até 2500-20000t/ano

• Carbonização batch :Forno Elevatório (França)• Carbonização continua: Lambiotte CSIR(Bélgica) e

SIFIC(França)


Carbonisação em batch:Forno Elevatório

• 2 fornos• 8 tanques com volume aproximado de 7 m3

• 1 incinerador• Matéria primas : madeira contaminada

• Produção : > 2500 t/ano


Esquema de tecnologia Sidenergie

Suporte

Madeira Madeira Madeira MadeiraCaldeira

Tampa

Tanque 7M3

Gás de Pirólise



Forno em carbonização descarregamento

Tampa

caldeira

Tanque

Foto do Forno Elevatório (fonte Cirad)



Zona de resfriamento

Tampa

Tanque

Forno 2Forno 1

Tanques em resfriamento

Incinerador

Zona de trabalho (fonte Cirad)



Carbonização continua:processo Lambiotte

O processo foi desenvolvido por várias empresas :Lambiotte, Lurgi, etc..

A Lambiotte retorta (SIFIC):• Retorta vertical com abastecimento por cima (1) e descarregamento por baixo (2)• Madeira transportada encima entra numa zona de pré alimentação.• A madeira passa por três zonas : secagem (2), carbonização (4) e resfriamento (5). A zona (3) e a zona de destilação dos gases.• O processo tem dois circuitos: o aquecimento para a secagem e a carbonização (8) e o resfriamento (9).


Essa tecnologia permite a coleta dos gases condensáveis para valorização:• Os gases da pirólise são coletados em cima da retorta (7), a parte condensável é coletada (9) usando armadilha e scrubbers, quando os gases não condensáveis (9) são queimados na câmara de combustão• Uma parte dos gases é condicionada e re-injetada no meio da retorta para a secagem e a carbonização (8). • A outra parte é resfriada e injetada por baixo (9) da retorta para resfriar o carvão antes descarregamento (6).



Processo Lambiotte : CSIR (Bélgica) e SIFIC (França)

• CSIR :– 1500 até 2500t/ano– Automatizada– Injeção direta dos gases quente encima sem

incineração– Ausência de secador– Umidade da madeira < 22%

• SIFIC :– 5000 até 20 000t/ano– Automatizada – Injeção dos gases depois da incineração– Secagem da madeira– Valorização dos pirólenhosos por destilação



Processo Lambiotte : CSIR

2 fornos

• Localização: França

• Produção : 5500 t/ ano


Foto de tipo Lambiotte CSIR Bélgica,

(fonte Quirino W, Ibama)

Processo Lambiotte: SIFIC

Vista aérea: Lambiotte SIFIC (fonte :Cirad)

Corte da madeira

Zona de secagem

Estocagem antes da secagem

Armazenamento da madeira bruta

Vista aérea

1 fornoLocalização: FrançaProdução : 10000 t/ ano



Secador (fonte :Cirad)

Estocagem antes da secagem

vagonetes



Zona de carbonização – Zona de resfriamento (fonte Cirad)



Triturador


Armazenamento da madeira bruta

Premery1 fornoLocalização: FrançaProdução : 20000 t/ ano


Cadeia de destilação (fonte Cirad)

Coleta do alcatrão Bomba

Destilação

Armazenamento do alcatrão

Purificação Concentração Exportação

Premery


Processo CMLDescontinua ( modulo de 12 fornos)

VMRDescontinua ( modulo de 2 tanques)

CarbolisiContinua (32 carinhos)

ACCDescontinua ( modulo de 2-6 tanques)

LambiotteContinua (1 forno)

Vol (m3)Prod 300j(t)Rdt (%)

14222/forno23

80++

+++

50cm30-35

+

4486/modulo27

12570025

10340/tanque27

156000??

C.F (%)homogeneidade

80-85+++

80-85+++

80-85+++

85++

Eficiência da incineração

-/+ + -/+ -/+

GranulometriaUmidade (%)

50 cm<20

2m30

50cm<20

50cm<20

Investimento ++ ++++ ++ ++++

Resume

Processo CMLDescontinua ( modulo de 12 fornos)

VMRDescontinua ( modulo de 2 tanques)

CarbolisiContinua (32 carinhos)

ACCDescontinua ( modulo de 2-6 tanques)

LambiotteContinua (1 forno)

confiabilidade +++

+

+/++

+

RegularidadeEnergia dos gases

++ + + +/++

manutenção +++ ++++ ++ ++++

Qualidade do carvão

+++ +++ +++ ++

regularidade +++ +++ +++ ++

Ponto fracoPonto forte

SecagemQualidade carvão



SecagemCapacidade

Resume

Roteiro


II Aquecimento externoAs tecnologias industriais

III Contato dos gases quenteAs tecnologias industriais

IV P&D


IV: P&D:Pirólise sob pressão

• Desenvolvimento de um reator de laboratório para estudo doimpacto da pressão e da temperatura na transformaçãotermoquímica da biomassa e dos resíduos densificados

• A carbonização sob pressão, consiste na utilização de uma das variáveis que influenciam diretamente na pirólise, particularmente sobre o rendimento e que normalmente era negligenciada.



• Neste processo, a pressão age no controle da velocidade de escape da fase vapor A pressão permite que os componentes se repolimerizem no interior da madeira, formando novos compostos, fixando carbono e produzindo uma espécie de coque, o que resultará no aumento do resultado gravimétricodo processo.

• Otimização da utilização do recurso natural madeira, redução ainda a emissão de componentes líquidos e gasosos indesejáveis e que iriam normalmente servir de agentes poluidores.

• Um outro aspecto relevante da tecnologia da pirólise sob pressão é que o tempo de carbonização pode ser reduzido em até 100 vezes, como determinado por Antal, 1986 e Antal, 2003.



Numazawa 2000, Cirad (França)



Mesa Suporte Conjunto de Aquecimento Reator



Conjunto de Aquecimento Reator Eletroválvula


OBRIGADO PELA ATENÇÃO

Seminário prática, logística, gerenciamento e estratégias para o sucesso da conversão da matéria lenhosa em carvão vegetal para uso

na metalurgia e indústria

Belo horizonte, MG27 e 28 de novembro de 2006

Dr Patrick RoussetCirad/Ibama


Seminário prática, logística, gerenciamento e estratégias...

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